Question

我想知道程序如何与硬件设备一起使用。我想不深入地了解基础知识。

所有编程代码都具有以下内容。

诸如int，float，short之类的变量。
函数和函数调用
类似的陈述
计算
像for循环这样的循环

我想在将程序下载到硬件时将数据存入编程存储器（ROM）。当我们运行上面所有提到的程序时，东西都进入RAM还是仅像功能数据那样进入特定区域？

当我们考虑8bit总线时，由于总线很小，如何处理超过10bit char这样的8bit数据呢？

什么是Stack，以及如何对其进行编程？

为什么void main功能很重要？如何通过硬件识别它？

请给我有关如何使用硬件工作程序的基本概念。

Answer 1

您在那里有很多问题。首先，让我们假设一个简单的情况，例如Arduino，它是软件和硬件的组合。软件部分开始于您编写一些简单的C ++代码，例如：

byte ledPin = 13;
void setup(){
pinMode (ledPin, OUTPUT);
}
void loop(){
digitalWrite (ledPin, HIGH);
digitalWrite (ledPin, LOW);
}

接下来，您将编译代码。 Arduino IDE（集成开发环境）在后台做了一些工作，例如添加一个main（）来调用setup（）函数一次，然后loop（）函数反复执行）将C ++转换为汇编代码，如下所示（不是上面的实际输出）：

; Define pull-ups and set outputs high
; Define directions for port pins
ldi r16,(1<<PB7)|(1<<PB6)|(1<<PB1)|(1<<PB0)
ldi r17,(1<<DDB3)|(1<<DDB2)|(1<<DDB1)|(1<<DDB0)
out PORTB,r16
out DDRB,r17
; Insert nop for synchronization
nop
; Read port pins
in r16,PINB

然后，汇编器获取该代码并将其转换为十六进制格式的信息，程序员可以将该信息放入Atmega328P微控制器的ROM中。基本上，文件中的数据行，每行包含一行的开始地址，可能包含16个字节的数据，以及一个校验和，以确保在处理数据时不会损坏数据：

000100005673495a6b4f5e205673495a6b4f5e24465

这不是真实数据。 0001000可能是ROM中的起始地址，后32个字符是要编程的数据的16个字节，后4个字符是通过某种方式处理数据而创建的校验和。程序员接收数据，执行相同的操作，如果校验和正确，则会将其刻录到内存中。

可以通过两种方式将十六进制代码放入ROM中-程序员可以控制芯片并将代码直接放入内存，并且在重置后芯片将只运行代码；或者可以使用Bootloader复位后从芯片上的ROM区域运行，它将通过串行线（Rx，Tx）与PC进行通信以接收数据，然后将其写入ROM的不同区域。如果引导加载代码没有检测到PC试图与之对话，它将跳到该代码开始的ROM地址并从那里运行。

8位微控制器可能具有一些16位寄存器，可用于捕获ADC转换结果之类的东西，也可以将结果存储为两个8位字节，分别包含高低数据。

堆栈可能是专用的硬件寄存器，也可能是SRAM的一部分，用于保存诸如数学运算结果之类的内容。该代码负责将内容放到堆栈上并读回，通常不会进行编程。对于'328P，有2048个字节的SRAM，因此您只需确保没有在代码中声明过多的变量（例如字节ledPin = 13;），这些变量就用光了并且没有留出空间代码。例如，通常在328P中，这是由于尝试访问超出其限制的数组而引起的，因此，它要么返回无意义的结果，要么在超出数组末尾的写入操作覆盖其他内容时使程序崩溃。 C ++的灵活性很好，但是如果不加注意的话，也会使您陷入麻烦。

Answer 2

正如@nos所说，需要大量书籍来解释它。

您在代码和硬件之间缺少的是编译器。它的作用是将您的代码（C，C ++或任何其他语言）翻译为汇编语言。汇编大约是CPU或微控制器可以理解的非常低级别的一组指令。

将程序转换为汇编后，将其上载到内存。根据架构的不同，它会进入通用存储器（冯·诺伊曼）或程序存储器（与哈佛体系结构的数据存储器相对）。

在谈论堆栈时，您也有指针。指针指向（是的，指向，真是太棒了）堆栈的“级别”。例如，您具有指向当前指令的“当前”指针。当前指令完成后，指针将递增，因此指向下一级。调用子函数时，将使用另一个指针，该指针指向停止父函数的级别。子功能之一完成后，您返回到停止的地方。

那些指针存储在寄存器中，而寄存器是芯片中很少（且快速）的存储器。

对于主要功能，硬件在编译时不会立即识别它。对于硬件，只有一个要执行的程序（即主程序）可以调用子功能（即主程序中使用的功能）。

所以..当您编写一些代码时，用C：

int main ()
{
    int a = 0;
    printf("a = %d", a);
    return 0;
}

main的内容被翻译成汇编，并且是您的“常规”程序。首先，将0放入寄存器的单元中。然后，将其搁置以执行printf（它使用我们保存0的单元格中的值）并将其停止在指针中的位置保存。完成后，当前指针将取回我们保存的指针的值并继续。

关于ram中的内容：您具有不同级别的内存。磁盘，硬或固态，速度慢，但又大又便宜。 Ram，更快，但更实用，更小。内置在CPU中的缓存非常快速，更小，更昂贵。寄存器也内置，速度更快但更小。当CPU使用变量时，它将进入寄存器。但是现代的CPU会“猜测”（aka prefetch）在不久的将来可能需要什么变量（例如，您读取表的前两个单元格，可能会在询问前加载第三个单元格），并将其放入高速缓存中。否则，它在ram中。

希望有所帮助，可能会有一些捷径或不正确的地方，但这大致就是它的工作方式。同样，很难在几行中总结一百页。

程序如何与硬件设备一起使用

2 个答案: